CN215642461U - 嵌入式Linux实验箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式Linux实验箱，所述嵌入式Linux实验箱包括机箱，所述机箱内部设有核心主板，所述核心主板上焊接有龙芯1B0200处理器，所述龙芯1B0200处理器电连接有各类负载，所述各类负载包括：电源模块、网卡模块、LCD显示器、声卡模块、USB路由器模块、CAN总线、RS232接口、RS485接口、直流电机驱动、步进电机驱动、RFID模块、指纹模块、4G模块、IIC接口键盘、LED灯阵、LED数码管、BEEP蜂鸣器。本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱，能够解决现有的有关Linux的实验设备分布零散，不方便携带的问题。

Description

嵌入式Linux实验箱

技术领域

本实用新型涉及实验器材技术领域，具体涉及一种嵌入式Linux实验箱。

背景技术

通用处理器是信息产业的基础部件，是电子设备的核心器件。通用处理器是关系到国家命运的战略产业之一，其发展直接关系到国家技术创新能力，关系到国家安全，是国家的核心利益所在。

“龙芯”是我国最早研制的高性能通用处理器系列，该系列下的产品之一龙芯1B芯片是基于GS232处理器核的片上系统，具有高性价比，可广泛应用于工业控制、家庭网关、信息家电、医疗器械和安全应用等领域。

Linux操作系统是一种免费使用和自由传播的类UNIX操作系统。其内核是一个基于POSIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的Unix工具软件、应用程序和网络协议，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。

具体到龙芯1B0200，目前，龙芯1B0200的嵌入式Linux实验箱主要问题和缺陷：

a、由于龙芯1B0200的嵌入式Linux实验箱的底板的长宽是30cm×25cm，因此可能造成携带不方便的问题。

b、由于该实验箱集合了多个功能部件，所以当出现电源、地线的问题时，检查维修比较困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种嵌入式Linux实验箱，以解决现有的有关Linux的实验设备分布零散，不方便携带的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

本实用新型提供一种嵌入式Linux实验箱，所述嵌入式Linux实验箱包括机箱，所述机箱内部设有核心主板，所述核心主板上焊接有龙芯1B0200处理器，所述龙芯1B0200处理器电连接有各类负载，所述各类负载包括：

电源模块、网卡模块、LCD显示器、声卡模块、USB路由器模块、CAN总线、RS232接口、RS485接口、直流电机驱动、步进电机驱动、RFID模块、指纹模块、4G模块、IIC接口键盘、LED灯阵、LED数码管、BEEP蜂鸣器。

可选择地，所述电源采用5v电源，所述嵌入式Linux实验箱包括LM2596R-3.3控制芯片，所述LM2596R-3.3控制芯片用于将所述5v电源转化成3.3v。

可选择地，所述LCD显示器部分、所述LED灯阵和所述BEEP蜂鸣器直接与所述核心主板连接。

可选择地，所述网卡模块包括控制芯片RTL8201EL与网线接口RJ45，所述网卡模块通过P0_RXCTL、P0_TX_CLK_I等引脚与所述核心主板连接，以用于实现与外部端口物理层的连接。

可选择地，所述LCD显示器包括50p的FPC连接器、40p的FPC连接器、控制芯片AIC1896GGTR、控制芯片XPT2046以及4p的触摸屏插座，所述50P的FPC插座与所述核心主板上的LCD_CLK/GPIO04、UART0_TX/P1_RXD0/LCD_R0等28条引脚连接，所述XPT2046芯片用于控制触摸屏，通过SPI0_CLK、SPI0_CS1/GPIO28等5条SPI引脚与所述核心主板连接，所述4P的触摸屏插座用于连接触摸屏，AIC1896GGTR芯片用于将5V的电源进行升压操作，为显示屏供电。

可选择地，所述声卡模块包括控制芯片ALC203-LF芯片、MIC和扬声器，所述控制芯片ALC203-LF通过AC97_DATA_O/GPIO37、AC97_BIT_CLK等5条引脚与所述核心主板连接，用于控制MIC和扬声器。

可选择地，所述USB路由器模块包括控制芯片GL850G-HHY22和4个USB接口插座，控制芯片GL850G-HHY22控制4个USB接口，并且通过USB+、USB-引脚与所述核心主板连接。

可选择地，所述CAN总线包括控制芯片PCA82C250T和一个2P的插座，所述控制芯片PCA82C250T通过CAN0_TX/GPIO39/SPI1_CLK、CAN0_RX/GPIO38/SPI1_CS0与所述核心主板连接。

可选择地，所述RS232接口包括控制芯片SP3232EEY和一个DB9串口插座，所述控制芯片SP3232EEY通过UART5_RX/GPIO60、UART5_TX/GPIO61与所述核心主板连接；和/或

所述RS485接口包括控制芯片TD301D485H和一个2P插座，所述控制芯片TD301D485H通过UART2_RX、UART2_TX与指纹模块连接。

可选择地，所述直流电机驱动包括控制芯片L298N和2个2P的插针，所述控制芯片L298N通过PWM2/GPIO02/MII_1_COL、PWM3/GPIO03/MII_1_CRS与所述核心主板连接；和/或

所述步进电机驱动包括控制芯片ULN2003A和一个6P的插针，所述控制芯片ULN2003A通过UART3_RX/GPIO56、UART3_TX/GPIO57、UART4_RX/GPIO58、UART4_TX/GPIO59与所述核心主板相连。

本实用新型具有以下有益效果：

通过上述技术方案，即通过本实用新型提供的嵌入式Linux实验箱，龙芯1B芯片作为核心芯片，具有高性价比的优点，并且通过各类负载与龙芯1B芯片的融合，能够解决现有的实验器材中有关Linux的相关设备分布零散的技术问题，从而使得整个实验箱方便携带，更适用于实验。

附图说明

图1为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的连接原理图；

图2为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的电源模块的引脚图；

图3为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的核心主板的引脚图；

图4为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的网卡模块的引脚图；

图5为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的LCD显示器与触摸屏模块的引脚图；

图6为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的声卡模块的引脚图；

图7为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的USB模块的引脚图；

图8为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的CAN总线模块的引脚图；

图9为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的RS232模块的引脚图；

图10为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的RS485模块的引脚图；

图11为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的直流电机驱动模块的引脚图；

图12为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的步进电机驱动模块的引脚图；

图13为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的RFID模块的引脚图；LED驱动模块

图14为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的指纹模块的引脚图；

图15为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的4G模块的引脚图；

图16为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的IIC接口键盘模块和LED数码管的引脚图；

图17为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的LED灯阵的引脚图；

图18为本实用新型所提供的嵌入式Linux实验箱的BEE蜂鸣器的引脚图。

附图标记说明

1-核心主板；2-电源模块；3-网卡模块；4-LCD显示器；5-声卡模块；6-USB路由器模块；7-CAN总线；8-RS232接口；9-RS485接口；10-直流电机驱动；11-步进电机驱动；12-RFID模块；13-指纹模块；14-4G模块；15-IIC接口键盘；16-LED灯阵；17-LED数码管；18-BEEP蜂鸣器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

如图1所示，该实验箱采用的是核心板+底板的设计方案，采用龙芯1B0200芯片为基础的设计的嵌入式Linux实验箱，包括机箱，机箱内部设有顺序电连接的基于龙芯1B0200处理器核心主板1(如图3)、电源模块2、网卡模块3、LCD显示器4、声卡模块5、USB路由器模块6、CAN总线7、RS232接口8、RS485接口9、直流电机驱动10、步进电机驱动11、RFID模块12、指纹模块13、4G模块14、IIC接口键盘15、LED灯阵16、LED数码管17和BEEP蜂鸣器18。

如图2所示，电源模块2为接入5V电源，同时LM2596R-3.3芯片将5V电源转化成3.3V为不同的模块供电。

如图4所示，网卡模块3由RTL8201EL芯片与RJ45网线接口组成，网线接口RJ45由控制芯片RTL8201EL控制，控制芯片RTL8201EL再通过P0_RXCTL、P0_TX_CLK_I等引脚与核心主板相连，主要实现与外部端口物理层的连接，实现PC端与实验箱直接数据的传输；

如图5所示，LCD显示器4用于Linux系统界面的显示与其他模块信息的显示，由一块50P的FPC连接器、一块40P的FPC连接器、AIC1896GGTR芯片、XPT2046芯片及一个4P的触摸屏插座组成，其中50P的FPC插座用于连接屏幕显示器，通过LCD_CLK/GPIO04、UART0_TX/P1_RXD0/LCD_R0等28条引脚与核心主板连接，XPT2046芯片用于控制触摸屏，通过SPI0_CLK、SPI0_CS1/GPIO28等5条SPI引脚与核心主板连接，4P的插座用于连接触摸屏，控制芯片AIC1896GGTR用于将5V的电源进行升压操作，为显示屏供电；

如图6所示，声卡模块5可用于实验箱音频文件的播放，由控制芯片ALC203-LF、一个MIC、一个扬声器组成，声卡模块5主要由控制芯片ALC203-LF控制，控制芯片ALC203-LF通过AC97_DATA_O/GPIO37、AC97_BIT_CLK等5条引脚与核心主板连接；

如图7所示，USB路由器模块6可用于摄像头等USB连接设备的扩展，由控制芯片GL850G-HHY22、4个USB接口插座组成，控制芯片GL850G-HHY22控制4个USB接口，并且通过USB+、USB-引脚与核心主板连接；

如图8所示，CAN总线7可以用来拓展更多模块，由控制芯片PCA82C250T、一个2P的插座组成，控制芯片PCA82C250T通过CAN0_TX/GPIO39/SPI1_CLK、CAN0_RX/GPIO38/SPI1_CS0与核心主板相连；

如图9所示，RS232接口8可以用于与PC的连接，实现数据传输，由控制芯片SP3232EEY、一个DB9串口插座组成，控制芯片SP3232EEY通过UART5_RX/GPIO60、UART5_TX/GPIO61连接到核心主板；

如图10所示，RS485接口9通过UART2_RX、UART2_TX与指纹模块UART2_RX_head2、UART2_TX_head1复用，通过跳线与UART2_TX/GPIO55、UART2_RX/GPIO54连接选择不同的功能使用，使用跳线帽将复用插针的1、3相连，2、4相连，此时选择的事指纹模块，使用跳线帽将4、5相连，4、6相连，此时选择的是RS485接口；

如图11所示，直流电机驱动10由控制芯片L298N、2个2P的插针组成，控制芯片L298N通过PWM2/GPIO02/MII_1_COL、PWM3/GPIO03/MII_1_CRS与核心主板连接；

如图12所示，步进电机驱动11由控制芯片ULN2003A、一个6P的插针组成，控制芯片ULN2003A通过UART3_RX/GPIO56、UART3_TX/GPIO57、UART4_RX/GPIO58、UART4_TX/GPIO59与核心主板相连；

如图13所示，RFID模块12通过SPI0_CLK等引脚连接8P插座，外接RFID模块12；

如图14所示，指纹模块13由一个6P的插座来外接指纹模块13；

如图15所示，4G模块14的DM2、DP2连接到USB芯片，通过一个贴片的插座来外接4G模块14；RFID模块12，指纹模块13，4G模块14为完整模块，只需在实验箱设计插座，工作时只需将模块插在对应插座上，然后通过驱动、操作指令等即可工作；

IIC接口键盘15和LED数码管17(如图16)都由控制芯片ZLG7290CS控制，这个整体由16个按键、两个LED数码管17及控制芯片ZLG7290CS组成，控制芯片ZLG7290CS通过I2C_SDA/GPIO33、I2C_SCL/GPIO32、P1_TXD3/UART1_CTS/GPIO53与核心主板连接。IIC键盘15可以实现与其他模块的联动，如通过一个按钮控制LED灯阵16(如图17)整体或某一个LED灯或某几个LED灯的操作，LED数码管17可以实现如时钟、倒计时等一系列操作。

其中LCD显示器4、LED灯阵16、BEEP蜂鸣器18(如图18)直接连到核心主板引脚，其余模块都由对应的芯片控制，其对应的芯片通过引脚再连接到核心主板。

工作原理：该实验箱由5V电源供电，通过LM2596R-3.3降压芯片，将5V电源降压为3.3V，3.3V和5V同时为实验箱不同模块供电。实验箱运行的系统为Linux系统，然后通过SecureCRT终端仿真软件设置终端仿真程序，在设置了仿真程序后，通过TFTP来恢复与更新Linux系统。在完成以上操作后，需要完成在主机上Linux系统开发环境的搭建，再完成BOOTLOADER和Linux的编译和烧写，在完成所有一系列的环境搭建后，我们可以着手实验。实验箱通过RS232串口、网线接口与PC机相连，通过提供的电源线来连接插座，为实验箱供电，与PC机相连的目的是实现文件代码的上传与下载，通过在Linux虚拟机完成代码并且通过交叉编译环境后，此时的代码为实验箱可以运行的代码，通过TFTP服务器将代码下载到实验箱后，在secureCRT终端发送指令，可以看到实验箱上代码控制的模块工作。声卡模块由AC97芯片控制，这个模块的主要功能是在Linux系统下，可以实现将下载到实验箱上的音频文件进行播放。实验箱集成了4个USB接口，通过USB接口我们可以再次实现更多的功能模块拓展，如拓展USB摄像头、与LCD模块联系，可以将USB拓展摄像头捕捉到的影像在LCD显示器上显示；同时可以读取U盘内容，在终端中对U盘内容进行操作等。RS232接口、RS485接口可以通过串口连接更多拓展模块，以此达到丰富实验箱功能的目的。直流电机、步进电机、RFID模块、指纹模块、4G模块、IIC接口键盘、LED数码管等一系列的拓展模块，设计目的是为了教学使用，使同学通过书写代码、编译程序等一系列操作达到控制实验箱的目的，不通的功能模块对应的控制代码、控制信号都不尽相同，如直流电机连接的核心板引脚是PWM、GPIO的复用引脚，既可以直接通过GPIO信号控制直流电机、也可以通过PWM信号控制；步进电机模块主要让同学了解四相八拍，了解电机内部构造，控制电机转向与转速；IIC键盘还可以与其他模块结合使用，如设置某一个按键为某一个模块开关、或通过按键实现电机的调速等操作。实验箱同时结合了如系统移植、代码编写等软件方面教学，还涉及了硬件实验，如点亮led灯阵，驱动步进电机与直流电机，点亮LCD显示器与实现触摸屏操作，实现音频文件、视频文件的播放，RFID模块身份的识别等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述嵌入式Linux实验箱包括机箱，所述机箱内部设有核心主板，所述核心主板上焊接有龙芯1B0200处理器，所述龙芯1B0200处理器电连接有各类负载，所述各类负载包括：

电源模块、网卡模块、LCD显示器、声卡模块、USB路由器模块、CAN总线、RS232接口、RS485接口、直流电机驱动、步进电机驱动、RFID模块、指纹模块、4G模块、IIC接口键盘、LED灯阵、LED数码管和BEEP蜂鸣器。

2.根据权利要求1所述的嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述电源采用5v电源，所述嵌入式Linux实验箱包括LM2596R-3.3控制芯片，所述LM2596R-3.3控制芯片用于将所述5v电源转化成3.3v。

3.根据权利要求1所述的嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述LCD显示器、所述LED灯阵和所述BEEP蜂鸣器直接与所述核心主板连接。

4.根据权利要求1所述的嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述网卡模块包括控制芯片RTL8201EL与网线接口RJ45，所述网卡模块通过引脚与所述核心主板连接，以用于实现与外部端口物理层的连接。

5.根据权利要求1所述的嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述LCD显示器包括50p的FPC连接器、40p的FPC连接器、控制芯片AIC1896GGTR、控制芯片XPT2046以及4p的触摸屏插座，所述50P的FPC插座与所述核心主板上的引脚连接，所述XPT2046芯片用于控制触摸屏，通过引脚与所述核心主板连接，所述4P的触摸屏插座用于连接触摸屏，AIC1896GGTR芯片用于将5V的电源进行升压操作，为显示屏供电。

6.根据权利要求1所述的嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述声卡模块包括控制芯片ALC203-LF芯片、MIC和扬声器，所述控制芯片ALC203-LF通过引脚与所述核心主板连接，用于控制MIC和扬声器。

7.根据权利要求1所述的嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述USB路由器模块包括控制芯片GL850G-HHY22和4个USB接口插座，控制芯片GL850G-HHY22控制4个USB接口，并且通过USB+、USB-引脚与所述核心主板连接。

8.根据权利要求1所述的嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述CAN总线包括控制芯片PCA82C250T和一个2P的插座，所述控制芯片PCA82C250T通过CAN0_TX/GPIO39/SPI1_CLK、CAN0_RX/GPIO38/SPI1_CS0引脚与所述核心主板连接。

9.根据权利要求1所述的嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述RS232接口包括控制芯片SP3232EEY和一个DB9串口插座，所述控制芯片SP3232EEY通过UART5_RX/GPIO60、UART5_TX/GPIO61引脚与所述核心主板连接；和/或

所述RS485接口包括控制芯片TD301D485H和一个2P插座，所述控制芯片TD301D485H通过UART2_RX、UART2_TX与指纹模块连接。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的嵌入式Linux实验箱，其特征在于，所述直流电机驱动包括控制芯片L298N和2个2P的插针，所述控制芯片L298N通过PWM2/GPIO02/MII_1_COL、PWM3/GPIO03/MII_1_CRS与所述核心主板连接；和/或

所述步进电机驱动包括控制芯片ULN2003A和一个6P的插针，所述控制芯片ULN2003A通过UART3_RX/GPIO56、UART3_TX/GPIO57、UART4_RX/GPIO58、UART4_TX/GPIO59与所述核心主板相连。

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